PONTE ~~~!=::~==~~~SILVA .~~E

TRECHO SOBRE O MAR

VERIFICAÇÃO DAS TENSÕES DAS CORDOALHAS DOSCABOS DA PONTE RIO-NITERÓI

CO'..jTRATO NO PG -154/ 94-00 MAR-RE-67/0-RT29/01/04

íNDICE

1-INTRODUÇÃO

2 .OBJETIVO

3 .CONHECIMENTO DO PROBLEMA

4-CONCLUSÕES

5.ANEXO

O presente relatório vem apresentar os resultados dos ensaios de difração por raios X,

realizados para verificar a efetiva tensão de tração instalada nos cabos de pmtensão

positivos das aduelas de concreto dos vãos 91192 e 92193 da Ponte Rio - Niterói.

É objetivo deste apresentar os resultados e as conclusões do método utilizado para

verificação das tensões reinantes nos cabos de protensão - difração por raios X.

3 - CONHECIMENTO DO PROBLEMA

Os ensaios nas estruturas de concreto da ponte, utilizando-se de selos de gesso colocados

nas juntas de campo entre aduelas 8 dos vãos P91lP92 e P92lP93, apresentaram

rompimento dos selos de gesso instalados, conforme informado no Relatório Técnico

MAR-IP-5210, encaminhado anteriormente. Foram escolhidos três cabos (31, 32 e 33) de

cada alma do caixão Paquetá, destes vãos, a fim de se pesquisar a causa do rompimento

dos selos implantados, utilizando-se o ensaio nãodestrutivo de difração por raios X, o qual

define a tensão reinante nos mesmos, a partir da franja formada pela difração dos raios X

emitidos sobre a superfície dos fios da cordoalha.

Confome descrito no relatório anexo - Relatório Técnico sobre Verificação das Tensões das

Cordoalhas dos Cabos da Ponte Rio-Niterói - conclui-se que :

a) A obra encontra-se com as tensões equilibradas e compatíveis;

b) O valor médio da tensão residual ficou em um patamar definido e com valor de

750Kgkm2, ou seja 10% do valor medido pelo aparelho na obra, valor este que foi de

750OKglcm2.

c) O valor médio da tensão instalada que foi de 750kglcm2 da tensão residual somado ao

valor de 7500Kgkm2 que é o valor da tensão medida "in loco", totaliza 8250Kglcm2, valor

este que indica coerência nas tensões aplicadas atualmente nestes referidos cabos.

c) O valor médio da tensão instalada que foi de 750kgkm2 da tensão residual somado ao

valor de 7500KgIcrn2 que é o valor da tensão medida "in loco", totaliza 8250Kg/crn2, valor

este que indica coeréncia nas tensbes apiicadas atualmente nestes referidos cabos.

d) Os valores de perdas de protensão encontrados estão totalmente na média, considerando

os adequados procedimentos atuais para o cálculo de perdas de protensão.

Portanto, uma nova análise será efetuada por consultor especializado, utilizando-se, além

deste relatório, os resultados da pTOSPBOçãO cio$ cabos de protensão, através do método

RIMT, e o resultado dos ensaios cie relaxação em cordoalhas de aço realizados, na Bebo

Mineira.

5 - ANEXO

Relatório técnico sobre a verificação das tens2iss das cordoalhas dos cabos da Ponte

Rio-Niterói.

5 - ANEXO

MAC -SISTEM.A. BRASILEIRO DE PROTENSÃO L TDA.

MAC

DAS CORDOALHAS DOS CABOS

Rio de Janeiro, 12 de dezembro de 2003

"-TRAVESSA LEONOR MASCARENHAS. 26 RUA CAETANO DE CAMPOS, 168-TATUAPEBONSUCESSO -RIO DE JANEIRO ~ RJ SÃO PAULO -SP -CEP: 0300-010;TEL (21t3861.4147 -FAX (21).386.7.4128 TEL:(11)293-6312 -TEUf'AX: {11~6941-8233

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MAC -SISTEMA BRASILEIRO OE PROTENSÃO L TOA.

MAC

1) Introdução

Tem o presente trabalho a finalidade de verificar a efetiva tensão detração instalada em alguns cabos de protensão da região das aduelaspremoldadas na Ponte Rio-Niterói.

Esta verificação será feita através da utilização de aparelhagemespecifica para este tipo de análise, utilizando-se o processo russo elargamente aplicado em obras aqui no Brasil, conforme anteriormentedemonstrado.

O Processo consta da emissão de raios X sobre a superfície dos fiosdas cordoalhas e por difração destes referidos raios a franja formada definea tensão instalada nestes.

A dificuldade inicial se prende ao fato que este tipo de aço, como amaioria destes, tem tensões "residuais" superficiais, portanto toma-senecessário verificar qual o valor médio destas tensões residuais. O modo deverificação a ser feito será através da introdução parcial de forças / tensõesatravés de prensa adequadamente aferida e a verificação, com a utilizaçãodo referido aparelho, das tensões instaladas neste momento. Portanto ovalor da tensão lida pelo aparelho, descontado o valor da tensão efetivaaplicada pela prensa será o valor da respectiva tensão residual.

Esta tensão residual servirá para inferir o real valor da tensão existentenos aços de protensão que estão trabalhando no interior das aduelaspremoldadas da ponte.

MAC -SISTEMA BRASILEIRO OE PROTENSÃO L TOA.

MAC

2) Descrição dos Serviços

Vamos, a seguir, descrever os serviços realizados:

A) Aferição do Aparelho

Esta aferição foi realizada através da utilização do aparelho em açosde protensão retirados da obr~ aços estes que não foram sujeitos a tensãode tração de valor superior à tensão de limite de proporcionalidade desteaço.

Para verificar a tensão residual média instalada nos aço da obra, foramfeitos vários estágios de tracionamento destas cordoalhas em laboratório econcomitantemente verificadas pelo aparelho o valor da tensão superficiallida.

Como as leituras no aparelho foram feitas com os seguintes estágiosde carregamento: O kg, 1000 kg, 3000 kg, 7000 kg e 10.000 kg, pode-severificar a repetição do valor da tensão residual superficial através da somaalgébrica entre as tensões lidas no aparelho e nas tensões efetivamenteaplicadas nesta cordoalha.

O valor verificado neste procedimento foi, em média, 7,5 kgimm2, queequivale a 750 kgicm2 de tensão de compressão residual neste aço.

Portanto todas as tensões lidas por este aparelho nos cabos deprotensão da ponte Rio-Niterói deverão ser acrescidos deste valor de traçãode 750 kgicm2.

RtJAcAEtANO DE CAMPOS.1eTATUAPÉSÃO PAULO. SP .CEP: 03QU-O10TEL:(11)293~n .TEUFAX: (11)6$41-8233

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~ -~ ~~ -.~ ~~~ .~

TRAVESSA LEONOR MASCARENHAS. 26:BONSUCESSO ..RIO DE JANEIRO ..RJTEl (21)3867.4747 .FAX (21)3867.47:28

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MAC

Foto 1: Menção do aparelho

Foto 2: Tensões residuais

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MAC -SISTEMA BRASilEIRO DE PROTI=NSÃO

L TOA.MAC

B) Medições nos Cabos na Obra

Para a adequada leitura de tensão nestes cabos foram feitas algumasjanelas de inspeção nos cabos / cordoalhas / fios anteriormente escolhidos edefinidos em conjunto com a fiscalização da obra.

Os cabos escolhidos foram os de numeração 31,32 e 33 e para tantoforam retirados seus cobrimentos de concreto, como também a bainhametálica e a respectiva nata de injeção, sem causar qualquer dano àsuperficie deste aço.

Para este serviço foram utilizados os profissionais da COPPETEC eo respectivo aparelho anteriormente citado. A descrição e resumo dostrabalhos realizados encontram-se a seguir.

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LTDA.MAC

3) Conclusões

Vamos, a seguir, apresentar as conclusões para o serviço realizado.

a) Pelas tabelas apresentadas no relatório técnico da COPPETEC,podemos verificar a coerência destes citados resultados e afirmarque nos pontos de leitura a obra encontra-se com tensõesequilibradas e compatíveis com o tipo da obra existente.

b) o valor médio da tensão residual destes aços, também ficou em umpatamar definido e com valor de 750 kg/cm2.

c) Na tabela N° 2 do relatório da COPPETEC vemos que o valormédio das tensões lidas pelo aparelho na obra foi de 7500 kgicm2 eque as variações de valores encontradas não fornece uma dispersãoconsiderável, podendo-se afirmar que as diferenças de tensõesencontradas são totalmente coerentes com as situações normais deobra deste tipo.

d) o valor médio efetivo da tensão instalada nos cabos desta região daobra foi então de = 7500 kgicm2 + 750 kgicm2 = 8.250 kgicm2.Valor este que indica, a luz dos processos de cálculo de perdas deprotensão dos dias de hoje, coerência nas tensões aplicadasatualmente nestes referidos cabos. Cabe aqui frisar que esta obrafoi calculada em época que não se tinha como procedimento ocálculo explicito e discriminado de cada uma das perdas deprotensão, portanto era usual naquela época a admissão de umvalor de tensão final depois das perdas totais de aproximadamente10.000 kgicm2. Este fato poderá justificar parte do atualcomportamento à flexão do trecho da obra analisado. Porém,lembramos que à luz dos adequados procedimentos atuais decálculo de perdas de protensão os valores encontrados estãototalmente na média de perdas encontradas em obras atualmenterealizadas.

e) O ensaio de relaxação neste aço realizado nos laboratórios daCompanhia Siderúrgica Belgo-Mineira evidenciou que este aço é

MAC -SISTEMA BRASilEIRO DE PRC)TI=NSÃO

L TOA.MAC

de Relaxação Normal e que o valor desta perda está tambémcoerente com os resultados atualmente definidos para este tipo deaço.

Pronto para quaisquer esclarecimentos adicionais,

Atenciosamente~

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PEMM-1951-6

Interessado: Mac Protensão

Novembro de 2003

CC:>PPETECFUNDAÇÃO

PEMM-1951-6

1. Introdução

Foram realizadas 40 (quarenta) medições de tensões em cordoalhas. As

tensões residuais foram medidas por equipamento portátil de raios-X que utiliza o

método de dupla exposição e radiação Ka do Cr. O plano difratante foi o {211}. A figura

1 apresenta este equipamento. As tensões foram medidas na direçi3o longitudinal das

cordoalhas.

Figura 1. Equipamento portátil para analise de tensõeis:1- tubo de raios-X e colimador; 2- fonte de alta tensão; 3 -unidacje de controle; 4 -

suporte magnético; 5 -cordoalha analisada.

2

C<>PPETECFUNDAÇÃO

PEMM-1951-6

2. Resultados

A figura abaixo indica os cabos analisados

Figura 2. Esquema da localização dos cabos analisados.

A tabela 1 mostra os resultados obtidos nas amostras de cordoalhas (cordoalha

significa tensão residual de compressão, e o sinal (+) significa tensãosolta). O sinal

residual de tração. Os valores são expressos em kgf/mm2.

Tabela 1. Tensões residuais em amostras de cordoalhas.

3

COPPETECFUNDAÇÃO

PEMM-1951-6

A tabela 2 mostra os resultados obtidos nas cordoalhas dos cabos analisados.

As figuras 3, 4, 5 e 6 apresentam os locais de medição das tensões.

Tabela 2. Tensões medidas nos cabos analisado:s.

N123

Local Cabo Cordoalha -T ensão. _~qf/mrri~

+70+67+70+70+80+70+65+65+70+75+60+65+65+85+80+80+75+75+83+85+87+85+80+70+75+60+65+65+75+80

33Vão 91/92Emenda

Alma Externa4

31

32

33Vão 91/92Emenda

Alma Interna

1234567891011121314151617181920212223242526272829

31

32

33

Vão 92/93Emenda

Alma Externa

56789101112131415161718192021222324252627282930

31

32

33Vão 92/93Emenda

Alma Interna 31

3230

4

CC:>PPETECFUNDAÇÃO

PEMM-1951-6

Figura 3. Cordoalhas analisadas na estaca do vão 91-92 (almê3 externa).

5

COPPETECFUNDAÇÃO

PEMM-1951-6

Figura 4. Cordoalhas analisadas na estaca do vão 91-92 (alma interna).

6

Cc)PPETECFUNDAÇÃO

PEMM-1951-6

Figura 5. Cordoalhas analisadas na estaca do vão 92-93 (alm,a externa).

7

CC:>PPETECFUNDAÇÃO

PEMM-1951-6

Figura 6. Cordoalhas analisadas na estaca do vão 92-93 (alma interna).

8

PEMM-1951-6 COPPETECFUNDAÇÃO

3. Medição de tensões residuais e aplicadas em uma cordoalha na máquina de

ensaio de tração.

Foi realizado um teste de medição das tensões residuais e das tensões durante

aplicação de vários níveis de carga em uma cordoalha. Os resultados destas medições

estão apresentados na tabela 3, onde:

O"residual -valor da tensão residual medida quando a cordoalha estava sem carga

(carga zero), veja tabela 1

O"medida -valor da tensão medida através do equipamento portátil de medição de

tensões durante carregamento;

(jreal -valor da tensão aplicada considerando os valores das tensões residuais

medidas quando a cordoalha estava sem carga (carga ~~ero);

Faplicada -carga aplicada, calculada a partir das tensões reais.

3.1. Cálculo das tensões reais e da carga aplicada.

3.1.1. Tensão residual média.

Foram medidas seis valores das tensões residuais em duas ~~ordoalhas (tabela

1) para obter a média:

crmresidual = -7,5 kgf/mm2 (1)

3.1.2. Tensão real e a carga aplicada.

A tensão real deve ser calculada a partir da tensão medida lendo em

consideração a tensão residual média:

,., -m\..Ireal -O"medida -O" residual, (2)

o

PEMM-1951-6

A carga aplicada é calculada dividindo a tensão real, O"real, por área da cordoalha,

A:

Faplicada = O"real X A, (3)

A área da cordoalha é igual a soma das áreas dos arames:

A = 7"Aarame= 7"7t"r2 = 90 mm2,

(4)

Onde r -raio de cada arame

Tabela 3. Resultados do ensaio de traçãol.

NU O"medidaJ kgf/mm2 O'real, kgf/mm2 F aplicada, kgf Ob!;ervações

1 3 +10,5 945 Carga 1 = 1 000 kgf

2 +24 +31,5 2835 Carga 2=3000 kgf

3 +68 +75,5 6795 Carga 3=7000 kgf

4 +100 +107,5 9675 Carga 4= 1 OOOOkgf

4. Conclusões.

Os valores das tensões trativas reais aplicadas, são iguais às tensões medidas

nos cabos da ponte, acrescidas de 7,5 kgf/mm2, considerando que o valor médio das

tensões residuais compressivas iniciais (cordoalha solta) é de -7,5 k~rf/mm2.

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COPPETECFUNDAÇÃO

PEMM-1951-6

ANÁLISE DE TENSÕES RESIDUAIS NA PONTE RIO-NITEROI

Rio de Janeiro, 14 de novembro de 2003

Prof8 GIÓ~~~ida Soares

Coordenadora do programa de Engenharia de Metalúrgica e Matérias

Diretor Executivo da Fundação COPPETEC

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COPPETECFUNDAÇÃO